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Recycler 2 lecteurs DVD en Mini Traceur (CNC Plotter) Arduino

On trouve de nombreux projets pour recycler d’anciens lecteurs de DVD en mini traceur CNC (CNC Plotter) à base d’Arduino. C’est un projet sympa et idéal pour débuter avec son Arduino mais la réalisation mécanique et tout particulièrement le support de crayon peut être difficile. Je vous propose dans cet article de réaliser un mini traceur en réalisant les éléments mécaniques par impression 3D.

Pour réaliser ce projet, je me suis basé sur le projet d’ardumotive.com. Vous pourrez tester et mettre au point votre Mini Traceur directement depuis cet article en ajoutant le plugin Codebender à votre navigateur.

You can read this tutorial in English here.

Etape 1 : matériel nécessaire pour réaliser le Mini Plotter CNC

J’ai essayé d’employer des matériaux que l’on peut se procurer facilement en magasin de bricolage et des composants les moins chers possibles pour la fabrication du Mini Traceur. Pour piloter les moteurs pas à pas des axes X et Y, nous avons deux possibilités. Soi utiliser deux micro-controleurs L293D (un pour chaque axe), c’est ce qui coûte le moins cher, soi utiliser un Motor Shield pour Arduino.

Etape 2 : Démonter les lecteurs de DVD pour récupérer les système de translation

Démontez vos lecteurs de DVD pour ne conserver que le mécanisme de déplacement de la tête de lecture. Vous pouvez également démonter (et conserver) le moteur d’ouverture de la porte (ce n’est pas toujours facile).

mini traceur cnc plotter projets diy lecteur dvd
Système de déplacement linéaire récupéré sur un lecteur de DVD

Quelques astuces

Je vous conseil une course d’au moins 35mm. Certains lecteurs ont une course plus courte. Il est possible de le changer dans les réglages mais j’ai trouvé la mise au point laborieuse et surtout la surface de dessin sera vraiment petite.

Retirez tous les éléments électroniques de la tête de lecture(et les conserver pour d’autres projets). Il faut obtenir une surface plane pour pouvoir coller correctement le plateau de dessin et le porte de crayon.

Etape 3 : Préparer les moteurs pas à pas (stepper motors) des axes X et Y

Dans cette étape, nous allons réaliser les soudures sur les moteurs pas à pas des axes X et Y.

Nous avons deux possibilités pour souder les fils sur les moteurs pas à pas. La première solution consiste à souder directement les fils au niveau du moteur. Sur certains moteurs comme celui-ci c’est assez facile car les 4 pistes sont bien distincts.

Je vous le déconseille toutefois car vous risquer des désouder les fils des bobines ou des les arracher ultérieurement lors du montage. Je vous conseil plutôt de réaliser vos soudures au niveau du ruban souple. Tout d’abord, utilisez un cutter pour séparer chaque piste sur environ 2cm. Etamez ensuite le bout de la piste et le fil préalablement dénudé. Protégez chaque soudure avec un morceau de 25mm de gaine thermo-retractable.

mini traceur cnc plotter soudure stepper motor projetdisy mini traceur cnc plotter soudure stepper motor gaine thermo projetdisy

Il n’y a aucun repérage sur le moteur mais le branchement est assez simple. Le premier fil correspond (en général) à la 1ère sortie du L293D (ou Motor Shield) et ainsi de suite. Je vous conseil vivement d’utiliser un code couleur pour vous y repérer plus facilement lors du câblage.

Etape 4 : Impression des éléments de structure

Vous pouvez récupérer les fichiers STL des éléments de structure à imprimer sur Thingiverse ou Cults3D.

Le kit contient les éléments de structure suivants :

Elément 3D Quantité
Equerres de fixation des montants de l’axe X  mini traceur cnc plotter arduino equerres montants axe Y 4x
Entretoises  mini traceur cnc plotter arduino entretoises supports axex x et y 4x

4x

Equerres de fixation pour la breadboard  mini traceur cnc plotter arduino equerre breadboard 4x
Plateau support axe Z  mini traceur cnc plotter arduino support porte crayon 1x
Porte crayon pour crayon de diamètre 8mm (par exemple pour Stabilo Point 88)  mini traceur cnc plotter arduino porte crayon diametre 8mm 1x
Bague anti-basculement diamètre 8mm  mini traceur cnc plotter arduino bague anti basculement  1x

Tous les éléments de structure ont été conçu à l’aide du logiciel open source Open Scad. Vous êtes libre de les adapter en fonction de vos besoins. Vous aurez besoin de 9.55m de PLA (29 grammes). L’impression en mode rapide demande environ 3h sur ma Dagoma discovery200.

elements de structure impression3d mini traceur cnc plotter arduino
Eléments de structure à imprimer en 3D.

Etape 5 : Fabrication de la structure en contreplaqué

Pour réduire le coût du projet, j’ai opté pour réaliser la structure en contreplaqué de 10mm d’épaisseur disponible dans n’importe quel magasin de bricolage. La fabrication est très simple. Il n’y a que 3 plaques de contreplaqué à découper. Vous devrez adapter le perçage pour la fixation des axes en fonction de vos lecteurs de DVD. Généralement, l’entre axe est de 85mm en largeur. La longueur est variable.

Etape 6 : Branchement du circuit

Le câblage du Mini Traceur est assez simple. Il est composé de 2 microcontroleurs L293D (ou 2 Motors Shield) et d’un servomoteur pour l’axe Z. Une breadboard 400 points est suffisante.

mini traceur cnc plotter arduino schema de cablage breadboard

mini traceur cnc plotter arduino projet diy cablage l293d breadboard
Câblage des deux L293D
mini traceur cnc plotter arduino projet diy zoom cablage arduino
Câblage de l’Arduino Uno

Etape 7 : Assemblage du Mini Traceur

Axes X et Y

Commencez par fixer l’axe X à l’aide des 4 entretoises et de 4 vis M4 x 30mm.

Fixez ensuite les 2 montants verticaux de l’axe Y en venant vous appuyer contre le cadre de l’axe X à l’aide des 4 équerres.

Enfin fixez l’axe Y sur les montants verticaux. La hauteur n’est pas importante, elle sera régler ultérieurement en ajustant simplement la position du crayon dans son support.

Vue de droite du mini traceur assemblé.
Vue de droite du mini traceur assemblé.

Plateau de dessin

Utilisez un pistolet à colle pour fixer le plateau de dessin. Pour trouver la bonne position du plateau, je vous conseil de déplacer le chariot au maximum. Utilisez des rondelles pour ajuster la planéité du plateau de dessin. Inutile de sortir le niveau à bulle, le ressort va compenser les petits défauts.

mini traceur cnc plotter arduino projet diy zoom plateau dessin
Plateau de dessin correctement réglé et fixé (vue de face)

Porte crayon (axe Z)

Après avoir vissé le servomoteur à l’aide de 2 vis M2 (ou collé) sur le support, collez celle-ci sur le chariot de l’axe Y.

Insérer l’axe de diamètre 3mm par le haut. En maintenant le ressort, mettez en place sur porte crayon puis glissez l’axe dans le logement prévu sur le porte crayon. Allez jusqu’en butée. Terminez le montage en ajoutant le serrage du crayon qui sert également d’arbre pour lever le porte crayon. Pour assembler le système de serrage, vissez un écrou M5 sur une vis M5 x 25mm en laissant un espace de 3 mm. Insérez la vis dans le logement puis vissez l’écrou papillon.

mini traceur cnc plotter arduino vue ensemble porte crayon
Modèle 3D du porte crayon sur son support

 

Vue de gauche du porte crayon Vue de droite du porte crayon
mini traceur cnc plotter arduino projet diy zoom gauche porte crayon mini traceur cnc plotter arduino projet diy zoom droit porte crayon

Breadboard et Arduino

Fixez la breadboard sur les 2 montants à l’aide en collant les 4 équerres. L’Arduino prend place sous la breadboard à l’arrière du traceur.

mini traceur cnc plotter arduino projet diy arriere breadboard
Vue arrière : breadboard accueillant les 2 L293D et l’arduino

Etape 8 : Test des axes X / Y et valeurs de calibration

Le câblage et l’assemblage réalisé, nous allons maintenant pouvoir tester le bon fonctionnement de mouvements des axes X et Y et calculer les valeurs de calibration.

Test de l’axe X

L’axe X est relié aux Pins 8, 9, 10 et 11. Lancez ce code pour tester si l’axe X se déplace comme prévu. Par défaut il a du se déplacer de 100 pas. En divisant 100 par la distance parcourue en millimètre, vous obtenez la calibration de l’axe X nécessaire pour la configuration.

Test de l’axe Y

Procédez de la même manière pour tester l’axe Y et calculez la valeur de calibration.

Problèmes fréquents

Voici les principaux problèmes que j’ai rencontré durant la mise au point de mon traceur.

  • Le moteur ne bouge pas : commencez par vérifier le câblage du L293D. Les Pins IN et OUT sont peut être inversés.
  • Le sens de déplacement est inversé. Inversez les branchements au niveau du L293D. Les deux fils du haut vont en bas et inversement et ça devrait fonctionner.
  • Le moteur s’arrête, ne va pas à la fin de sa course ou « saute ». Il y a probablement un obstacle sur son chemin. Vérifiez si une vis de fixation n’est pas trop longue…

Etape 9 : Chargement du code CNC dans l’Arduino

Notre mini traceur est presque terminé, il ne reste plus qu’à charger le programme CNC dans l’Arduino. Avant de téléverser le programme, vous devrez ajuster les paramètres suivants en fonction de votre Mini Traceur (une section configuration se trouve au début du code) :

  • Calibration des axes X et Y
  • Angle du servomoteur pour lever le crayon
  • Angle du servomoteur pour baisser le crayon

Attention : il ne faut pas utiliser le servomoteur pour appuyer le crayon sur la feuille. La force exercée par le servomoteur risque d’être trop forte et empêcher le déplacement de l’axe X. Le crayon est appuyé sur la feuille grâce au ressort.

Etape 10 : Préparez votre ordinateur à envoyer des fichiers gcode avec Processing

C’est presque prêt ! Tous les axes fonctionnent, la calibration est faite, le programme CNC est téléversé dans l’Arduino. Il ne reste plus qu’à préparer votre ordinateur pour envoyer les fichier gcode à votre Mini Traceur.

Pour les utilisateurs de Windows, téléchargez gctrl.exe ici et lancez le.

Pour les utilisateur Mac OS et Linux, installez tout d’abord Processing en le récupérant ici puis ouvrez gctrl.pde que vous pouvez récupérer ici.

Etape 11 : Tracer votre premier dessin avec gctrl

Avant de faire votre premier tracer

  • Assurez vous que les chariots sont à l’origine.
  • Vérifiez que rien n’entrave les mouvements des axes
  • Placez une feuille sur la zone de dessin

gctrl est un programme efficace mais basique dans le sens ou il n’effectue aucun contrôle du fichier sélectionné, le tracé démarre dès la sélection du fichier (vous pouvez l’interrompre en appuyant sur ‘x’).

C’est parti !

  • Appuyez sur ‘p’. Sélectionnez le port série sur lequel est branché votre Arduino dans la boite de dialogue qui s’affiche.
  • Appuyez ensuite sur ‘g’ pour sélectionner le fichier gcode à tracer.
  • C’est parti 🙂

mini traceur arduino - inkscape gcode gctrl_pde

Les autres commandes utiles de gctrl :

  1. ‘x’ : arrêter le tracé en cours. Attention, le crayon reste dans sa position actuelle
  2. ‘h’ : renvoi les axes aux origines

Etape 11 : Comment préparer vos propres fichiers gcode

Il est très facile de préparer ses propres fichiers gcode grâce à l’extension MakerBot Unicorn pour Inkscape. Pour ceux qui ne connaissent pas, Inkscape est un logiciel de dessin vectoriel open source (et gratuit).

Attention, l’extension MaketBot Unicorn ne fonctionne pas au delà de la version 0.48.5 d’Inkscape.

En fonction de votre ordinateur, téléchargez et installez Inkscape version 0.48.5 à cette adresse. Ensuite, récupérez l’extension MakerBot Unicorn sur github. Pour l’installer, il suffit de copier le contenu de répertoire src dans le répertoire des extensions d’Inkscape. En fonction de votre environnement, voici le chemin d’installation de l’extension.

  • OS X – /Applications/Inkscape.app/Contents/Resources/extensions
  • Linux – /usr/share/inkscape/extensions
  • Windows – C:\Program Files\Inkscape\share\extensions

L’extension installée, vous pouvez ouvrir Inkscape.

Vous devez tout d’abord commencer par configurer les propriétés du document (fichier -> propriétés du document). Choisissez l’unité par défaut en cm avec une dimension de page de 8 cm x 8 cm.

mini traceur arduino - inkscape gcode etape 1

Vous disposez d’une zone de 4cm x 4 cm. Votre dessin doit rester dans le quart supérieur droit.

mini traceur arduino - inkscape gcode etape 2

Votre dessin terminé, sélectionné tous les éléments puis allez dans Chemin -> Objet en chemin. Cette transformation est nécessaire avant de générer le fichier gcode. Par contre vous allez perdre certaines propriétés des objets (par exemple le texte ne sera plus éditable). Si vous voulez faire des modifications ultérieures, sauvegardez votre travail au format svg avant de faire la conversion.

mini traceur arduino - inkscape gcode etape 3

La conversion faite, nous pouvons générer le fichier gcode. Il suffit de faire fichier -> enregistrer sous puis de sélectionner Makerbot Unicorn (c’est l’extension que nous avons installé précédemment). Si l’option n’est pas disponible c’est que l’extension n’est pas correctement installée.

mini traceur arduino - inkscape gcode etape 4

Validez sans rien changez dans la boîte de dialogue qui apparait ensuite.

mini traceur arduino - inkscape export gcode

Et voilà, vous êtes prêt à tracer votre oeuvre !

J’espère que vous trouverez tout ce dont vous avez besoin pour fabriquer votre Mini Traceur. J’espère ne rien avoir oublié. N’hésitez pas à partager votre expérience ou ajouter vos astuces. Les commentaires sont là pour ça.

mini traceur cnc plotter arduino test minion

Pour vous aider, voici une petite vidéo qui résume l’assemblage du Mini Traceur CNC avec l’impression du Minion ci-dessus.

Licence sur les éléments de structure proposés dans ce projet

Licence Creative Commons
Mini Traceur Arduino est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Attribution – Pas d’Utilisation Commerciale – Partage dans les Mêmes Conditions 4.0 International.